JP2005088746A - Hybrid car - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単純な運転操作によりエネルギの流れを合理的に自動制御して、発進、加速、定常走行、および回生制動を実行することができるハイブリッド自動車に関する。本発明は、内燃機関および二つの電動発電機を備え、内燃機関の出力軸にワンウエイ・クラッチを設けた新しい形式のハイブリッド自動車に関する。 The present invention relates to a hybrid vehicle that can perform start, acceleration, steady running, and regenerative braking by rationally automatically controlling the flow of energy by a simple driving operation. The present invention relates to a new type of hybrid vehicle including an internal combustion engine and two motor generators and provided with a one-way clutch on an output shaft of the internal combustion engine.
ハイブリッド自動車をシリーズ形とパラレル形に大別すると、シリーズ形ハイブリッド自動車は、内燃機関の出力回転軸に発電機を連結し、この発電機により発生する電気エネルギを電池に充電し、この電池から取り出す電気エネルギを駆動軸に連結された電動機に供給して車両を駆動走行させる形式である。駆動軸に連結された電動機は制動時には発電機として作用するように制御され、制動により発電された電気エネルギは車載の電池を充電する。これが回生制動である。 Hybrid vehicles can be broadly divided into series and parallel types. In series hybrid vehicles, a generator is connected to the output rotation shaft of the internal combustion engine, and electric energy generated by this generator is charged to the battery and taken out from this battery. In this form, electric energy is supplied to an electric motor connected to a drive shaft to drive the vehicle. The electric motor connected to the drive shaft is controlled so as to act as a generator during braking, and the electric energy generated by the braking charges the vehicle battery. This is regenerative braking.
これに対してパラレル形ハイブリッド自動車は、内燃機関の出力回転動力は車軸に供給されるとともに、車軸または内燃機関の回転軸に電動発電機が機械的に連結されている。そして電動発電機の電気系はインバータを介して車載の電池に接続される。この形式では、内燃機関の駆動力が不足する発進加速時や登坂時に、電動発電機を電動機として作動させて、電池に蓄積された電気エネルギを供給する。降坂時や減速時には電動発電機を発電機として作動させて、車両に対して電気制動とし作用させるとともに、発電された電気エネルギを電池に回生する。上記のように車軸に電動発電機を連結する形式や、内燃機関に電動発電機を連結する形式についてもさまざまな構成が知られていて、それぞれその特性には長短がある。 On the other hand, in the parallel hybrid vehicle, the output rotational power of the internal combustion engine is supplied to the axle, and the motor generator is mechanically connected to the axle or the rotational shaft of the internal combustion engine. The electric system of the motor generator is connected to a vehicle battery via an inverter. In this form, the electric generator stored in the battery is supplied by operating the motor generator as an electric motor at the time of starting acceleration or climbing when the driving force of the internal combustion engine is insufficient. During downhill or deceleration, the motor generator is operated as a generator to act as electric braking on the vehicle, and the generated electric energy is regenerated in the battery. As described above, various configurations are known for the type in which the motor generator is connected to the axle and the type in which the motor generator is connected to the internal combustion engine, each of which has its own characteristics.
内燃機関の出力軸に、それぞれクラッチを介して二つの電動発電機を回転軸に直列に接続するハイブリッド自動車については、下記〔特許文献1〕(出願人、エクォス・リサーチ)、および下記〔特許文献2〕(出願人、エクォス・リサーチ)に開示がある。 Regarding the hybrid vehicle in which two motor generators are connected in series to the rotating shaft through clutches on the output shaft of the internal combustion engine, the following [Patent Document 1] (Applicant, Equos Research) and the following [Patent Document] 2] (Applicant, Equos Research).
一方本願出願人は、ハイブリッド自動車の内燃機関回転軸にワンウエイ・クラッチを利用する構成について特許出願した(下記〔特許文献3〕参照)。ワンウエイ・クラッチは自転車の後輪に利用されているラチェットと同等の構造の一方向性回転動力伝達手段である。ワンウエイ・クラッチを利用することにより、内燃機関が車軸を加速するときには内燃機関が出力軸に連結状態にあり、車軸から内燃機関を加速する状態になったときには、自動的にクラッチが空転して車軸から内燃機関への動力伝達が行われなくなる。 On the other hand, the applicant of the present application has applied for a patent for a configuration using a one-way clutch for the rotating shaft of an internal combustion engine of a hybrid vehicle (see [Patent Document 3] below). The one-way clutch is a unidirectional rotational power transmission means having a structure equivalent to a ratchet used for a bicycle rear wheel. By using the one-way clutch, when the internal combustion engine accelerates the axle, the internal combustion engine is connected to the output shaft, and when the internal combustion engine is accelerated from the axle, the clutch automatically idles and the axle Is not transmitted from the engine to the internal combustion engine.
さらに本願出願人はワンウエイ・クラッチを利用したハイブリッド自動車の改良について、特許出願した(特願2002−180158号(本願出願時において未公開)参照)。これはワンウエイ・クラッチを利用しても、エンジン・ブレーキが利用できるように改良したものである。 Further, the applicant of the present application has filed a patent application for improvement of a hybrid vehicle using a one-way clutch (see Japanese Patent Application No. 2002-180158 (not disclosed at the time of filing this application)). This is an improvement so that the engine brake can be used even if the one-way clutch is used.
ワンウエイ・クラッチを利用したハイブリッド自動車の構造については、本願発明者らが2002年5月23日に、(社)自動車技術会のシンポジウムで講演を行い、その記録が下記〔非特許文献1〕に記載され頒布されている。この〔非特許文献1〕にはとくに、ワンウエイ・クラッチの構造、その噛み合い時の衝撃吸収のための構造、試作装置の外観形状などについて具体的な説明がある。
ハイブリッド自動車は今後実用期に入り、その性能が向上して走行距離当たりの燃料消費量は経済化される方向にある。経済性の高いハイブリッド自動車を設計すると、その運転操作を適正に行うことが必要であるとの課題に当面することになった。販売されたハイブリッド自動車が、しばしば設計値通りの燃料消費量で運用されないことがあり、これは適正な運転操作が行われていないことに主要な原因の一つがある。すなわち、ハイブリッド自動車が特定の需要者について利用されている状態では、ハイブリッド自動車を運転する運転者に相応の教習や指導を行って、そのハイブリッド自動車についての合理的な運転操作を行うような施策を実施することができる。しかしハイブリッド自動車が自家用車として広く販売されて利用されるようになると、すべての運転者に特定の教習や指導を実施することは困難である。つまり広く普及している一般自動車と等しい単純な運転操作によっても、ハイブリッド自動車としての特徴が生かされるような設計をしなければならないことになる。 Hybrid vehicles are now in practical use, and their performance is improving, and fuel consumption per mileage is in the direction of economics. When designing an economical hybrid vehicle, we were faced with the problem that it was necessary to operate it properly. Often, hybrid vehicles sold are not operated with fuel consumption as designed, which is one of the main reasons for not operating properly. In other words, when a hybrid vehicle is being used for a specific consumer, the driver who drives the hybrid vehicle is given appropriate training and guidance, and measures are taken to rationally operate the hybrid vehicle. Can be implemented. However, when hybrid vehicles are widely sold and used as private cars, it is difficult to give specific training and guidance to all drivers. In other words, it is necessary to design such that the characteristics of a hybrid vehicle can be utilized even by a simple driving operation equivalent to a widely used general vehicle.
ハイブリッド自動車として燃料その他の経済性を生かすとともに、有害な黒煙や排ガスを低減するために必要な運転操作に係る主要な問題点は、(1)発進時や加速時に内燃機関を利用する時期および時間を適正に選択するとともに、内燃機関が分担する出力の割合を適正に選択すること、(2)走行時、とくに発進時のクラッチ摩擦またはトルク・コンバータの熱損失を小さくすること、(3)変速機の操作を適正なタイミングで行うこと、(4)定常走行時には可能なかぎり内燃機関の回転を停止させること、(5)定常走行時に内燃機関を回転させる場合には、内燃機関について最も効率のよい回転速度および出力トルクを選択設定すること、(6)減速時には可能なかぎり回生制動を行い電池に有効な充電を行うこと、などである。 As a hybrid vehicle, fuel and other economics, as well as major problems related to driving operations necessary to reduce harmful black smoke and exhaust gas, are: (1) When to use the internal combustion engine at start-up and acceleration and Appropriately select the time and appropriately select the ratio of the output shared by the internal combustion engine, (2) Reduce clutch friction or torque converter heat loss during running, especially when starting, (3) When the transmission is operated at an appropriate timing, (4) the rotation of the internal combustion engine is stopped as much as possible during steady running, and (5) the internal combustion engine is most efficient when rotated during steady running. (6) Regenerative braking is performed as much as possible at the time of deceleration, and the battery is charged effectively.
またハイブリッド自動車は、搭載されている電池の充電が適正に行われないと、補充充電を行うことが必要になる。これは車両の停車中に特別な充電装置を利用して、商用電源などから得る電流を直流電流に変換して実行しなければならない。運用中に補充充電を行う必要が生じるか否か、補充充電を行う必要がひんぱんに発生するか否かは、運転操作に依存するところが大きい。 In addition, the hybrid vehicle needs to be replenished if the mounted battery is not properly charged. This must be performed by converting a current obtained from a commercial power source into a direct current using a special charging device while the vehicle is stopped. Whether or not it is necessary to perform supplementary charging during operation and whether or not it is necessary to perform supplementary charging frequently depend on the driving operation.
運転操作を単純化するためには、上で説明したシリーズ方式が有利であるとされている。すなわち走行に必要なエネルギはいったんすべて電気エネルギに変換して、車載電池に蓄積するとの思想である。しかし、内燃機関が発生する回転エネルギを電気エネルギへ変換するには、相応の損失を伴うことは避けられないから、すべてを電気エネルギに変換する形態ではエネルギ効率を向上するに限界がある。つまり内燃機関で発生する回転エネルギは、できるだけ車両走行に必要な回転エネルギとしてそのまま利用することが原理的に有利である。 In order to simplify the driving operation, the series system described above is considered advantageous. That is, the idea is that all energy required for traveling is once converted into electric energy and stored in the on-vehicle battery. However, in order to convert the rotational energy generated by the internal combustion engine into electrical energy, it is inevitable that there is a corresponding loss. Therefore, there is a limit to improving energy efficiency in the form of converting everything into electrical energy. In other words, it is theoretically advantageous to use the rotational energy generated in the internal combustion engine as it is as rotational energy necessary for vehicle travel as much as possible.
つぎに、上記従来例技術として説明した〔特許文献1〕および〔特許文献2〕に開示された技術(エクォス)では、二つの電動発電機はその特性が相違し、その動作分担領域が異なるように説明されている。例えば、〔特許文献1〕の段落〔0031〕〜〔0034〕ほかを参照されたい。これは二つの電動発電機を同時に動作させると、いずれも二つの電動機あるいは発電機としてそれぞれ最も有利な動作領域で利用できないことになり、二つの電動発電機それぞれが大型化することになるものと理解される。 Next, in the technology (equos) disclosed in [Patent Document 1] and [Patent Document 2] described as the above prior art, the characteristics of the two motor generators are different, and the operation sharing area is different. Explained. For example, see paragraphs [0031] to [0034] and others of [Patent Document 1]. This means that if two motor generators are operated at the same time, neither of them can be used in the most advantageous operating area as two motors or generators, and each of the two motor generators will be enlarged. Understood.
本発明はこのような背景に行われたものであって、運転操作の単純なハイブリッド自動車を提供することを目的とする。すなわち本発明は、運転者の個人的な運転操作の技量に頼ることなく、常に経済的な走行が可能であり、排ガスの少ない走行を行うことができるハイブリッド自動車を提供することを目的とする。本発明は、運転席で操作する操作端の数を少なくして、ハイブリッド自動車を運転操作を単純化することを目的とする。本発明は、運転操作の違いにより燃料の経済性に大きい相違が生じたり、運転操作の違いにより有害な排ガスの発生が多くなったり、運転操作の違いによりひんぱんに補充充電を行う必要が生じたりすることのない、ハイブリッド自動車を提供することを目的とする。本発明はさらに電動発電機をそれぞれ小型化することができる構造のハイブリッド自動車を提供することを目的とする。 The present invention has been made against such a background, and an object thereof is to provide a hybrid vehicle with a simple driving operation. That is, an object of the present invention is to provide a hybrid vehicle that can always travel economically and can travel with less exhaust gas without depending on the driver's personal driving skill. An object of the present invention is to simplify the driving operation of a hybrid vehicle by reducing the number of operation ends operated at the driver's seat. In the present invention, there is a great difference in fuel economy due to a difference in driving operation, a generation of harmful exhaust gas is increased due to a difference in driving operation, or it is often necessary to perform replenishment charging due to a difference in driving operation. An object is to provide a hybrid vehicle that does not. Another object of the present invention is to provide a hybrid vehicle having a structure in which the motor generator can be reduced in size.
本発明のハイブリッド自動車の第一の特徴は、内燃機関(1)の出力軸に設けられるクラッチ(2)をワンウエイ・クラッチとして、そのクラッチ操作および制御を一切不要とするところにある。これにより運転者はクラッチ操作から解放される。ワンウエイ・クラッチは上述のように、内燃機関から回転動力が出力されるときには自動的に連結状態となり、内燃機関を車輪の回転により強制的に回転駆動する状態では、一切の操作または制御によらずにクラッチが自動的に空転する。上記括弧内の数字はあとから説明する実施例図面の参照数字である。これは本発明を理解しやすいように付すものであって、本発明をこの実施例の構成に限定して理解するためのものではない。以下の説明においても同様である。 The first feature of the hybrid vehicle of the present invention is that the clutch (2) provided on the output shaft of the internal combustion engine (1) is a one-way clutch, and no clutch operation and control are required. This frees the driver from clutch operation. As described above, the one-way clutch is automatically connected when rotational power is output from the internal combustion engine, and is not operated or controlled in any way when the internal combustion engine is forced to rotate by the rotation of wheels. The clutch will automatically idle. The numbers in the parentheses are reference numbers for the embodiment drawings to be described later. This is provided to facilitate understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention to the configuration of this embodiment. The same applies to the following description.
さらに、本発明の構成は、変速ギヤ(6)としてプラネタリギヤを含む自動変速装置を利用することを特徴とする。これにより運転者は走行中の変速操作からいっさい解放されることになる。 Furthermore, the configuration of the present invention is characterized in that an automatic transmission including a planetary gear is used as the transmission gear (6). As a result, the driver is freed from any shifting operation during traveling.
さらに本発明の装置は、二つの電動発電機(3、5)の回転軸を第二のクラッチ(4)で直列に連結する構造として、この二つの電動発電機の各界磁巻線に与える二つの多相交流の回転位相、前記内燃機関の始動または停止、およびこの第二のクラッチ(4)の開閉をプログラム制御回路(10)により制御する構成とする。この構成により第二のクラッチ(4)についても運転者は操作を行う必要がなくなる。 Furthermore, the apparatus of the present invention has a structure in which the rotating shafts of the two motor generators (3, 5) are connected in series by the second clutch (4), and is supplied to each field winding of the two motor generators. The program control circuit (10) controls the rotational phases of the two multi-phase alternating currents, the start or stop of the internal combustion engine, and the opening and closing of the second clutch (4). This configuration eliminates the need for the driver to operate the second clutch (4).
さらに本発明の装置は、車両を停車状態から発進させる発進モードは、原則的に内燃機関(1)を停止させた状態で、一つまたは二つの電動発電機(3または5)を電動機として作用させて車両を発進させる。これにより、内燃機関の発生する回転動力を車両速度に適合させるためのいわゆるクラッチ操作は不要となる。これにより第一のクラッチ(2)および第二のクラッチ(4)はともに滑りを生じる状態をなくすることができる。それとともにクラッチが滑ることにより発生する摩擦熱損失はまったく生じないことになる。 Furthermore, in the start mode for starting the vehicle from the stopped state, the device according to the present invention operates with one or two motor generators (3 or 5) as motors in principle with the internal combustion engine (1) stopped. To start the vehicle. This eliminates the need for so-called clutch operation for adapting the rotational power generated by the internal combustion engine to the vehicle speed. As a result, both the first clutch (2) and the second clutch (4) can be prevented from slipping. At the same time, frictional heat loss caused by slipping of the clutch does not occur at all.
そして発進した車両を加速させる加速モードで、はじめて内燃機関を始動させ、内燃機関出力を利用して強力な加速を実現させる。この内燃機関の始動および出力軸の連結にもいっさいそのための運転操作を必要としない。これはプログラム制御回路の制御により実行される。プログラム制御回路の制御により、内燃機関の回転速度に対する発生トルクの有効な領域を利用するように設定することができる。これにより加速時の内燃機関と電動機との荷重分担を合理的に設定することができるから、内燃機関が発生する黒煙など有害な排ガス発生を抑制するように制御することができる。またこのときにも、クラッチが滑る状態はなくトルク変換に伴うエネルギ損失は発生しない。加速モードは、発進直後に当面する場合にかぎらず、走行中に低速から加速を実行する場合、あるいは登坂などの場合に随時設定され、その場合の燃料消費の経済性および排ガス発生の状況なども同様である。 Then, in the acceleration mode for accelerating the started vehicle, the internal combustion engine is started for the first time, and powerful acceleration is realized using the output of the internal combustion engine. No operation is required for starting the internal combustion engine and connecting the output shaft. This is executed under the control of the program control circuit. Under the control of the program control circuit, it is possible to set so as to use an effective region of the generated torque with respect to the rotational speed of the internal combustion engine. As a result, the load sharing between the internal combustion engine and the electric motor during acceleration can be set rationally, and therefore control can be performed so as to suppress the generation of harmful exhaust gas such as black smoke generated by the internal combustion engine. Also at this time, there is no state in which the clutch slides, and no energy loss due to torque conversion occurs. The acceleration mode is not limited to the case immediately after starting, but is set as needed when accelerating from a low speed while driving, or in the case of climbing, etc. It is the same.
定常走行状態では、プログラム制御回路が電池(9)の充電状態を監視し、充電容量が十分であれば内燃機関の回転を自動的に停止させる。このときには、燃料消費はいっさい発生しなくなり、ワンウエイ・クラッチ(2)が自律的に空転状態となる。電動走行による定常走行が継続し電池(9)の充電量が少なくなったときには、プログラム制御装置がこれを検知して自動的に内燃機関(1)を始動させる。このとき走行に必要な動力の一部を内燃機関(1)に負担させる、あるいは内燃機関の出力により発電機を駆動して充電を実行することができる。すなわちこのときには、二つの電動発電機(3、5)をともに電動機として利用する形態とすることもできるし、第一の電動発電機(3)を発電機とし第二の電動発電機(5)を電動機として作用させて、充電電気走行の形態を設定することもできる。これは走行状態、電池(9)の充電量、および必要な走行動力を取り込み自動的に最適な状態を作りだすことができる。 In the steady running state, the program control circuit monitors the state of charge of the battery (9), and automatically stops the rotation of the internal combustion engine if the charge capacity is sufficient. At this time, no fuel consumption occurs and the one-way clutch (2) is autonomously idled. When steady running by electric running continues and the amount of charge of the battery (9) decreases, the program control device detects this and automatically starts the internal combustion engine (1). At this time, it is possible to charge the internal combustion engine (1) with a part of the power required for traveling, or to drive the generator by the output of the internal combustion engine and perform charging. That is, at this time, the two motor generators (3, 5) can both be used as motors, or the first motor generator (3) is used as a generator and the second motor generator (5) is used. The mode of charging electric travel can be set by operating as an electric motor. This can automatically take in the driving state, the amount of charge of the battery (9), and the required driving power and automatically create an optimum state.
車速を減速させる場合には、アクセル・ペダルの操作およびブレーキ・ペダルの操作に対応して、内燃機関の回転を停止させるとともに、減速の状態および車速に対応して、電動発電機の一つまたは二つを発電機となるように制御して、可能なかぎり有効な回生制動を実行するように自動的な制御を行う。 When decelerating the vehicle speed, the rotation of the internal combustion engine is stopped in response to the operation of the accelerator pedal and the brake pedal, and one of the motor generators or the The two are controlled so as to be generators, and automatic control is performed so as to execute regenerative braking that is as effective as possible.
すなわち本発明は、内燃機関(1)と、この内燃機関(1)の出力軸に連結された第一のクラッチ(2)と、この第一のクラッチ(2)の出力軸にその回転軸が連結された第一の電動発電機(3)と、この第一の電動発電機(3)の回転軸に連結された第二のクラッチ(4)と、このクラッチ(4)の出力軸にその回転軸が連結された第二の電動発電機(5)と、この第二の電動発電機(5)の出力軸にその入力軸が連結された変速ギヤ(6)とを備え、この変速ギヤの出力軸がプロペラ軸(7)に連結されたハイブリッド自動車において、前記第一のクラッチ(2)は内燃機関(1)から回転動力を供給する回転方向で自動的に結合状態となるワンウエイ・クラッチであることを特徴とする。前記変速ギヤ(6)は自動変速装置であり、プラネタリ・ギヤを含む構成が望ましい。 That is, the present invention relates to an internal combustion engine (1), a first clutch (2) connected to the output shaft of the internal combustion engine (1), and an output shaft of the first clutch (2). The connected first motor generator (3), the second clutch (4) connected to the rotating shaft of the first motor generator (3), and the output shaft of the clutch (4) The transmission gear includes a second motor generator (5) to which a rotating shaft is connected, and a transmission gear (6) having an input shaft connected to an output shaft of the second motor generator (5). In the hybrid vehicle in which the output shaft is connected to the propeller shaft (7), the first clutch (2) is automatically coupled in the rotational direction for supplying rotational power from the internal combustion engine (1). It is characterized by being. The transmission gear (6) is an automatic transmission, and preferably includes a planetary gear.
前記二つの電動発電機(3、5)の各界磁巻線に与える二つの多相交流の回転位相、前記内燃機関の始動または停止、および前記第二のクラッチ(4)の開閉を制御するプログラム制御回路(10)を備え、このプログラム制御回路は、
(i)前記内燃機関(1)の回転を停止させ、前記二つの電動発電機(3、5)一方を電動機として利用する発進モード、
(ii) 前記内燃機関(1)を回転させ、前記第二のクラッチ(4)を閉じ、前記電動発電機(3、5)の少なくとも一方を電動機として駆動する加速モード、
(iii)前記内燃機関(1)を回転または停止させ、前記二つの電動発電機(3、5)の少なくとも一方を電動機として駆動する定常走行モード、および
(iv) 前記内燃機関の回転を停止させ、前記二つの電動発電機(3、5)の少なくとも一方を発電機として動作させる回生制動
モードを含む動作モードの一つを切替選択する手段と、電池の状態情報にしたがって前記各モードにおける内燃機関(1)の回転または停止を自動的に制御する手段とを含む構成とすることができる。
A program for controlling rotation phases of two multi-phase alternating currents applied to respective field windings of the two motor generators (3, 5), starting or stopping of the internal combustion engine, and opening / closing of the second clutch (4) Comprising a control circuit (10), this program control circuit comprising:
(I) a start mode in which rotation of the internal combustion engine (1) is stopped and one of the two motor generators (3, 5) is used as an electric motor;
(Ii) an acceleration mode in which the internal combustion engine (1) is rotated, the second clutch (4) is closed, and at least one of the motor generators (3, 5) is driven as an electric motor;
(Iii) a steady running mode in which the internal combustion engine (1) is rotated or stopped and at least one of the two motor generators (3, 5) is driven as an electric motor; and (iv) the rotation of the internal combustion engine is stopped. Means for switching and selecting one of operation modes including a regenerative braking mode in which at least one of the two motor generators (3, 5) is operated as a generator, and the internal combustion engine in each mode according to battery state information And means for automatically controlling the rotation or stop of (1).
前記二つの電動発電機(3、4)はその定格容量がほぼ同等のものを利用することが望ましい。これにより、回転速度に対する分担トルク特性の広い範囲で、電動機または発電機を有効に利用する形態が得られる。またこれにより、装置全体を小型化することができる。 It is desirable that the two motor generators (3, 4) have the same rated capacity. Thereby, the form which utilizes an electric motor or a generator effectively in the wide range of the shared torque characteristic with respect to a rotational speed is obtained. Thereby, the whole apparatus can be reduced in size.
上記のように本発明の装置は、アクセル・ペダルおよびブレーキ・ペダルの操作のみで発進、停止、および速度調節が可能であり、それぞれのモードに応じて最適なハイブリッド自動車の構成が自動的に選択設定されることになる。本発明の装置では運転者が操作する変速レバーは前進・後退・中立および駐車の区別のみになり、運転者が走行の状況を判断して実行する変速操作はいっさい不要になる。内燃機関の始動停止は動作モードにしたがって自動的に実行されるから、内燃機関の始動停止に係る運転操作をいっさい不要になる。すなわちこの構成により、運転操作がきわめて簡単になり、運転操作の違いにより燃料消費量に大きい相違が生じたり、運転操作の違いにより有害な排ガスの放出量が多くなったり、あるいは運転操作の違いにより電池の補充充電が必要になることが頻発することはなくなる。 As described above, the device of the present invention can start, stop, and adjust the speed only by operating the accelerator pedal and the brake pedal, and the optimum hybrid vehicle configuration is automatically selected according to each mode. Will be set. In the apparatus according to the present invention, the speed change lever operated by the driver is only distinguished between forward, reverse, neutral and parking, and no speed change operation which is executed by the driver judging the traveling state is required. Since the start / stop of the internal combustion engine is automatically executed according to the operation mode, there is no need for any driving operation related to the start / stop of the internal combustion engine. In other words, this configuration makes the driving operation very simple, resulting in a large difference in fuel consumption due to a difference in driving operation, an increase in the amount of harmful exhaust emissions due to a difference in driving operation, or a difference in driving operation. The need for battery replenishment charging will not occur frequently.
実施例装置の図面を参照して本発明の構造および作用についてさらに詳しく説明する。図1は本発明実施例装置のブロック構成図である。内燃機関1の出力軸は、ワンウエイ・クラッチ2を介して第一の電動発電機3の回転軸に連結され、第一の電動発電機3の回転軸はクラッチ4を介して、第二の電動発電機5の回転軸に連結され、第二の電動発電機5の回転軸は変速ギヤ6を介して、プロペラ軸7に連結される。ここで変速ギヤ6はプラネタリ・ギヤにより構成される自動変速装置である。
The structure and operation of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings of the embodiment apparatus. FIG. 1 is a block diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention. The output shaft of the internal combustion engine 1 is connected to the rotating shaft of the
上記ワンウエイ・クラッチ2は、内燃機関1が第一の電動発電機3の回転軸を駆動する状態では自動的に結合状態となり、第一の電動発電機3が内燃機関1の回転軸を駆動する状態では自動的に乖離状態もしくは滑り状態となる。ワンウエイ・クラッチ2の構造は、上記のように〔非特許文献1〕その他で知られている構造であるが、これを簡単に説明すると、自転車の後輪に設けられたラチエット機構と同等の機械構造体である。動力伝達の方向にしたがって自動的に結合または乖離するものであり、何ら外部から結合または乖離のための制御は行われない。すなわち内燃機関1の出力軸に駆動力を供給している状態では、このワンウエイ・クラッチ2は結合状態にある。電動発電機3の側から内燃機関1を駆動するように力が加わると、このワンウエイ・クラッチ2は自動的に乖離状態となり空転する。
The one-
クラッチ4は電磁制御形のクラッチである。クラッチ4はプログラム制御回路10の制御出力により入出力インターフェース(I/O)を介して開閉制御される。
The
第一の電動発電機3および第二の電動発電機5は、この実施例装置では等しい規格のものを用い、クラッチ4を介してその回転軸を一直線状に連結する。この二つの電動発電機3および5として規格の等しいものを利用する点は本発明の特徴の一つである。
The
二つの電動発電機3および5はそれぞれ多相交流回転機であり、その界磁巻線に対する交流電流はインバータ8により個別に供給される。二つの電動発電機3および5にはそれぞれ個別に位相制御された交流電流が供給される。インバータ8の直流側端子は電池9に接続されている。このインバータ8の動作はプログラム制御回路10により制御される。この電池9の端子電圧および電流はそれぞれセンサ13により検出され、入出力回路(I/O)を介してプログラム制御回路10の入力となる。
The two
このプログラム制御回路10のまわりを説明すると、プログラム制御回路10には、アクセル・ペダル11およびブレーキ・ペダル12の操作情報が入出力回路(I/O)を介して入力する。このプログラム制御回路10には、上記電池のセンサ13の検出信号のほか、内燃機関1の回転情報a、第一の電動発電機3の回転情報b、第二の電動発電機5の回転情報c、および駆動軸7の回転情報(車速情報)dがそれぞれ入出力回路(I/O)を介して入力する。このプログラム制御回路10の制御出力は、上記インバータ8の回転位相速度を制御するほか、内燃機関1の始動制御情報(S)、内燃機関1の燃料制御情報(F)およびクラッチ4の開閉制御情報である。それぞれ入力回路(I/O)を介して駆動ハードウエアに送出される。
The
このように構成された装置の動作を各動作モードにしたがって説明する。図2は動作モードを模式的に表示する図面であり、横軸に時間の経過をとり縦軸に車速をとる。発進モード(i)は停車状態から車両が動きだす状態までの動作モードである。本発明の装置はこの発進モード(i)では内燃機関1の回転を停止させ、電動発電機3および5を電動機として動作させて車両を発進させる。このときクラッチ4は結合状態に維持される。すなわち、始動に内燃機関1を利用しない。これにより、運転者のクラッチ操作によりクラッチを一時的に滑り状態に維持する、あるいはトルク・コンバータを利用して低速の発進トルクを発生させるなどの操作が行われない。したがって、運転操作が簡単になるとともに、クラッチあるいはトルク・コンバータにより消費されるエネルギ損は発生しない。
The operation of the apparatus configured as described above will be described according to each operation mode. FIG. 2 is a diagram schematically showing the operation mode, in which time is plotted on the horizontal axis and the vehicle speed is plotted on the vertical axis. The start mode (i) is an operation mode from a stop state to a state where the vehicle starts to move. In this start mode (i), the device of the present invention stops the rotation of the internal combustion engine 1 and operates the
図2の加速モード(ii)は、車両が発進してから定常速度まで加速するための動作モードである。車速が所定値を越えるとプログラム制御回路10の自動的な制御により、内燃機関1が始動される。この所定値は、内燃機関1から有効な回転トルクを取り出すことができる回転速度の下限値近傍の値であり、車速に換算して例えば5〜15km/hの間に設定される。内燃機関1が起動し回転速度が上昇すると、自動的にワンウエイ・クラッチ2が結合状態になり、内燃機関1の回転出力がプロペラ軸7に送出される。運転者のアクセル・ペダル11の操作にしたがって車両が加速される。
The acceleration mode (ii) in FIG. 2 is an operation mode for accelerating to a steady speed after the vehicle starts. When the vehicle speed exceeds a predetermined value, the internal combustion engine 1 is started by automatic control of the
この加速モード(ii)では、内燃機関1の出力トルク特性の最も有効な領域のみを利用するように制御することができる。すなわち図3は内燃機関の回転速度に対する出力トルクを示す特性であり、斜線を付して示す領域がこの内燃機関の燃料消費量に対する出力効率が最大になる領域である。加速モード(ii)に切り替わる時点ではすでに相応の車速があり、また巡行速度まで加速する段階では、変速ギヤ6が自動的に最適の組合せに変更されるから、この出力効率が最大になる領域のみを利用しながら車両を加速させることができる。この領域で内燃機関が動作する状態では、内燃機関の内部での燃焼は最も良好な状態にあり、排ガスの状態も不燃成分の少ない最も良好な状態に維持される。 In this acceleration mode (ii), it is possible to control to use only the most effective region of the output torque characteristic of the internal combustion engine 1. That is, FIG. 3 shows a characteristic indicating the output torque with respect to the rotational speed of the internal combustion engine, and a region indicated by hatching is a region where the output efficiency with respect to the fuel consumption of the internal combustion engine is maximized. At the time of switching to the acceleration mode (ii), there is already a corresponding vehicle speed, and at the stage of accelerating to the cruise speed, the transmission gear 6 is automatically changed to the optimal combination. The vehicle can be accelerated while using. In a state where the internal combustion engine operates in this region, the combustion inside the internal combustion engine is in the best state, and the state of the exhaust gas is also maintained in the best state with few incombustible components.
車両が加速され巡行速度に達すると、運転者によるアクセル・ペダル11の操作にしたがって加速が行われなくなり、図2に示す定常走行モード(iii)に入る。巡行速度は、例示すると市街地では40km/hであり、通常道路では60km/hであり、高速道路では100km/hである。この状態では単位時間当たりに必要な走行エネルギは小さくなる。プログラム制御回路10が電池9の充電状態を監視し、充電状態が十分であれば内燃機関1に供給する燃料を遮断し(あるいは点火系を遮断して)内燃機関1の回転を停止させる。電池9の充電状態が不十分であれば、内燃機関1をひきつづき車両を駆動するように制御することができる。電池9の充電状態がきわめて少ないときには、内燃機関1を回転駆動させながら、電動発電機3および5の一方または双方を発電機に制御して、車両を走行させるとともに電池9を充電するように制御することができる。このように、定常走行モードで内燃機関1が回転される場合にも、相応の回転速度を維持することができるから、その燃料効率の良好な領域を利用することができる。
When the vehicle is accelerated and reaches the cruising speed, acceleration is not performed according to the operation of the
図4に示す動作特性は、加速モード(ii)あるいは定常走行モード(iii) における内燃機関と電動機の分担を定性的に説明するものである。本発明の装置では、車両を加速するモードでは上述のように、内燃機関はその速度トルク特性の最も良好な領域のみを利用して、補助的に駆動力を発生するように設計される。そして機関の回転速度が大きくなる領域および小さくなる領域では、できるだけ内燃機関の運転を停止して、電動機による走行を実行するように制御する。 The operating characteristics shown in FIG. 4 qualitatively explain the sharing between the internal combustion engine and the electric motor in the acceleration mode (ii) or the steady running mode (iii). In the apparatus of the present invention, as described above, in the mode of accelerating the vehicle, the internal combustion engine is designed to supplementarily generate driving force using only the region with the best speed torque characteristic. And in the area | region where the rotational speed of an engine becomes large and the area | region where it becomes small, it controls so that driving | operation of an internal combustion engine is stopped as much as possible, and driving | running | working with an electric motor is performed.
図2に戻り減速モード(iv)は、アクセル・ペダル11が解放された運転操作により開始される。アクセル・ペダル11の解放につづいてブレーキ・ペダル12が踏まれる場合もある。減速モード(iv)に入ると、内燃機関1が回転している場合も、その回転を自動的に停止させる。これによりワンウエイ・クラッチ2は自動的に空転状態になる。そして電動発電機3および5を発電機となるように供給する界磁巻線の位相回転速度を制御する。このとき、プログラム制御回路10はできるだけ多くの走行エネルギを電気エネルギに変換するように、ブレーキ・ペダル12の踏み込み量に対応して、電動発電機3および5の界磁巻線に供給する位相回転速度を調節する。
Returning to FIG. 2, the deceleration mode (iv) is started by a driving operation in which the
本発明により、運転操作に熟練を要することなく、単純な運転操作によっても能率が高く排ガスの少ないハイブリッド自動車が実現できるので、一般の自家用車や商用車両として利用することができる。 According to the present invention, a hybrid vehicle having high efficiency and low exhaust gas can be realized by a simple driving operation without requiring skill in the driving operation. Therefore, it can be used as a general private vehicle or a commercial vehicle.
1 内燃機関
2 ワンウエイ・クラッチ
3 第一の電動発電機
4 クラッチ
5 第二の電動発電機
6 変速ギヤ
7 プロペラ軸
8 インバータ
9 電池
10 プログラム制御回路
11 アクセル・ペダル
12 ブレーキ・ペダル
13 センサ
1
Claims (5)
前記第一のクラッチ(2)は内燃機関(1)から回転動力を供給する回転方向で自動的に結合状態となるワンウエイ・クラッチであることを特徴とするハイブリッド自動車。 An internal combustion engine (1), a first clutch (2) coupled to the output shaft of the internal combustion engine (1), and a first clutch whose rotational shaft is coupled to the output shaft of the first clutch (2). The motor generator (3), the second clutch (4) connected to the rotating shaft of the first motor generator (3), and the rotating shaft connected to the output shaft of the clutch (4). A second motor generator (5), and a transmission gear (6) having an input shaft connected to the output shaft of the second motor generator (5). The output shaft of the transmission gear is a propeller. In the hybrid vehicle connected to the shaft (7),
The hybrid vehicle according to claim 1, wherein the first clutch (2) is a one-way clutch that is automatically engaged in a rotational direction in which rotational power is supplied from the internal combustion engine (1).
このプログラム制御回路は、
(i)前記内燃機関(1)の回転を停止させ、前記二つの電動発電機(3、5)の一方または双方を電動機として利用する発進モード、
(ii) 前記内燃機関(1)を回転させ、前記第二のクラッチ(4)を閉じ、前記電動発電機(3、5)の少なくとも一方を電動機として駆動する加速モード、
(iii)前記内燃機関(1)を回転または停止させ、前記二つの電動発電機(3、5)の少なくとも一方を電動機として駆動する定常走行モード、および
(iv) 前記内燃機関の回転を停止させ、前記二つの電動発電機(3、5)の少なくとも一方を発電機として動作させる回生制動モード
を含む動作モードの一つを切替選択する手段と、
電池の状態情報にしたがって前記各モードにおける内燃機関(1)の回転または停止を自動的に制御する手段と
を含む請求項2記載のハイブリッド自動車。 A program for controlling rotation phases of two multi-phase alternating currents applied to respective field windings of the two motor generators (3, 5), starting or stopping of the internal combustion engine, and opening / closing of the second clutch (4) A control circuit (10),
This program control circuit
(I) a start mode in which rotation of the internal combustion engine (1) is stopped and one or both of the two motor generators (3, 5) are used as an electric motor;
(Ii) an acceleration mode in which the internal combustion engine (1) is rotated, the second clutch (4) is closed, and at least one of the motor generators (3, 5) is driven as an electric motor;
(Iii) a steady running mode in which the internal combustion engine (1) is rotated or stopped and at least one of the two motor generators (3, 5) is driven as an electric motor; and (iv) the rotation of the internal combustion engine is stopped. Means for switching and selecting one of operation modes including a regenerative braking mode for operating at least one of the two motor generators (3, 5) as a generator;
The hybrid vehicle according to claim 2, further comprising means for automatically controlling rotation or stop of the internal combustion engine (1) in each mode in accordance with battery state information.
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